Geçiş metalleri ile katkılanmış ZnO nano çubuk sentezi ve I-V karakterizasyonu
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AHMET SERHAT DİNÇER
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ABDULLAH CEYLAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışması kapsamında, hidrotermal yöntem ile çinko oksit (ZnO) nano çubuk sentezlenmesinde optimum koşulların belirlenmesi, nano çubukların boyutlarının ve yapıya mangan (Mn) katkılanmasının ZnO'nun elektro optik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Örneklerin hazırlanmasında kullanılan hidrotermal basınç hücresi ve sistemi laboratuvarımızda tasarlanarak üretilmiştir. Hidrotermal yöntemde çekirdek büyüklüğü, süre, sıcaklık ve çözelti molaritesi değiştirilerek optimum koşullar belirlenmiştir. Si(100) alttaşların yüzeyine farklı kalınlıklarda (100, 150 ve 200 nm) ZnO ince filmler kaplanmış ve bu alttaşlar fırınlama işlemine tabi tutulmuştur. 350 ve 400 oC sıcaklıkta fırınlama işlemine tabi tutulan alttaşlar kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiş ve uygun sıcaklık 350 oC olarak belirlenmiştir (Şekil 4.1). Kullanılacak çözeltinin molaritesinin belirlenmesi için hekzametilen tetramin (HMT) ve çinko nitrat hekzahidrat bileşiklerinin 0,05 ve 0,1 M'lık sulu çözeltileri hazırlanmıştır. Bu sulu çözeltiler kullanılarak yapılan deneyler sonucunda uygun molarite değerinin 0,05 M olduğuna karar verilmiştir (Şekil 4.2). Reaksiyon sıcaklığının ve deney süresinin ZnO nano çubukların oluşumuna etkisinin incelenmesi için 70, 80 ve 90 oC sıcaklıklarda ve 2, 4 ,6 ve 8 saatlik sürelerde deneyler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen örneklerin SEM analizleri sonuçları değerlendirilerek uygun sıcaklık ve süre belirlenmiştir (Şekil 4.3) (Şekil 4.4). Yapılan deneyler sonucunda hidrotermal ile ZnO nano çubukların sentezlenmesinde fırınlama sıcaklığı 350 oC'ye, çözelti molaritesi 0,05 M'a, reaksiyon sıcaklığı 90 oC'ye ve deney süresi 4 saate optimize edilmiştir. Optimum koşullar altında 100, 150 ve 200 nm kalınlığında ZnO ince film kaplanmış alttaşlar kullanılarak deneyler yapılmıştır. Örneklerin yapısal analizleri x-ışını toz kırınım metresi (XRD) kullanılarak, morfolojik yapılarının analizleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Akım gerilim (I-V) ölçümleri dört nokta tekniği ile yapılmıştır. SEM analizleri ışığında kaplama kalınlığının artmasıyla nano çubukların çap/boy oranında azalma olduğu tespit edilmiştir (Tablo 4.1). Akım-gerilim (I-V) ölçümleri sonucunda çap/boy oranındaki azalmayla, uygulanan 1.2 V'luk gerileme karşılık karanlık ortamdaki akım değerinin 2.31x10-8 A'den 3,60x10-6 A'e kadar, aydınlık ortamdaki fotoakım değerinin 2,18x10-7 A' den 1,28x10-5 A' e kadar çıktığı görülmüştür. Geçiş metali olan Mn katkılama işlemi için mangan klorür bileşiği kullanılmıştır. Sulu çözelti içerisine çinko nitrat hekzahidrat bileşiğinin kütlece %5'i kadar eklenerek yeni sulu çözeltiler hazırlanmıştır. Mn/ZnO nano çubukların sentezleme işlemleri daha önce belirlenen optimum koşullar altında gerçekleştirilmiştir. Örneklerin yapısal analizleri XRD, XPS ve SEM cihazları ile yapılmıştır. Akım gerilim ölçümleri diğer örneklerde olduğu gibi dört nokta yöntemi ile gerçekleştirilmiş, yapıya mangan katkılanmasının sonucunda da akım değerlerinde artış gözlenmiştir. Karanlık ortamda yapılan ölçümlerde akım değerinin 7,12x10-8 A'den 5,75x10-6 A'e, aydınlık ortamda yapılan ölçümlerde ise fotoakım değerinin, 2,97x10-7 A'den 6,45x10-5 A'e kadar çıktığı görülmüştür.